Квантовые компьютеры обрабатывают информацию с использованием квантовых битов, или кубитов, которые основаны на хрупких и кратковременных квантовых состояниях. Чтобы сделать кубиты более устойчивыми и адаптированными для различных приложений, исследователи из Окриджской национальной лаборатории Министерства энергетики США (ORNL) работают над созданием новой топологической системы материалов.
Исследователи объединили сверхпроводник, который не имеет электрического сопротивления, с топологическим изолятором, имеющим проводящие поверхности, но изолирующий внутренний слой. Результатом стало создание атомарно-чистого интерфейса между тонкими плёнками кристаллов с разной симметрией атомов.
Создание кубитов с новыми свойствами
«Идея заключается в том, чтобы создавать кубиты на основе материалов с более устойчивыми квантовыми свойствами», — отметил Роберт Мур, ведущий учёный проекта. Управление электронной структурой на обеих сторонах интерфейса между топологическим изолятором и сверхпроводником создаёт условия для появления так называемых частиц Майораны — экзотических частиц, которые могут стать ключевым элементом для создания квантовых кубитов.
Прорыв в создании квантовых систем
Квантовые частицы Майораны — это особенные частицы, которые теоретически являются своими собственными античастицами. Эти частицы были предсказаны ещё в 1937 году физиком Этторе Майораной, но их существование пока не доказано. Однако, если их удастся обнаружить и использовать в квантовых системах, это может привести к новому этапу развития квантовых компьютеров.
Команда учёных также смогла контролировать поведение электронов на границе сверхпроводника и топологического изолятора с помощью сложной технологии, называемой фотоэмиссионной спектроскопией. Этот метод позволил им изучить, как взаимодействуют электронные структуры в этом уникальном материале.
Будущие исследования и вызовы
Несмотря на значительные успехи, исследователи признают, что перед ними ещё стоят серьёзные задачи. Основной из них является улучшение понимания материалов на атомном уровне. Это особенно важно для подтверждения существования частиц Майораны и их применения в создании кубитов.
Следующим шагом станет исследование возможных частиц Майораны с использованием недавно установленного сверхнизкотемпературного микроскопа в Центре нанофазных материалов ORNL.